CN102703746A - 一种以酸碱性铜蚀刻废液制备y2o3强化铜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以酸碱性铜蚀刻废液制备Y₂O₃强化铜的方法，采用了PCB加工中的含铜蚀刻废液作为原料，同时采用共沉淀工艺，得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物，再经煅烧、选择性还原工艺，形成Y₂O₃强化铜粉末，将粉末进行模压成型，得到Y₂O₃强化铜产品。本发明的有益效果在于，由于原料为含铜蚀刻废液，容易获得并且成本低廉，生产工艺简单，得到的铜基体中弥散相粒子细小、大小和分布均匀。

Description

一种以酸碱性铜蚀刻废液制备Y2O3强化铜的方法

技术领域

本发明涉及一种制备强化铜的方法，尤其设计一种低成本、高强度、高导电性的Y₂O₃强化铜的制备方法。

 

背景技术

铜具有优良的导电性、导热性和耐蚀性，广泛地应用在几乎所有的工业部门。铜的晶体结构为面心立方(fcc )，其塑性非常好，轧制变形程度可达95%以上。但铜的强度和耐热性不足，不能满足航天、航空、电子工业等高新技术迅速发展对其综合性能的要求。通过添加适当的合金元素，可以改善铜合金的性能，满足一些要求不高的需求。但是实际应用中很多场合要求材料能够经受高温作用，故提高铜合金的高温性能实属必要。这些场合包括：1）点焊电极。在汽车和仪表仪器工业中，点焊以其美观的外表和较高的工作效率越来越受到欢迎。传统的点焊电极材料多是Cu-C合金，在较低的工作温度下它是一个比较合适的选择。但是当温度超过500-600 度以上时，电极就会因为沉淀重溶而软化，以致变形失效。2）电子工业。随着电子工业的飞速发展，大规模集成电路等电子元器件的引线材料要求越来越高，过去占统治地位的铁镍合金逐渐部分地被铜合金取代，且铜合金有成为主流的趋势。另外，铜合金也常应用于微波管等列车滑接线。电力机车的高架导线及其接触环都必须有非常好的导电性能，同时能够承受较大的力的作用。另外，铜合金在高温条件下仍能保持良好的导热性和导电性，以及非常优越的抗中子辐射的特性，常用作热核反应堆的内壁。

传统的铜合金因高温强度不足己不能满足这些场合的要求，于是兼有高强度和高导电性的Y₂O₃强化铜材料应运而生。Y₂O₃强化铜是通过添加稳定的Y₂O₃硬质第二相，提高合金强度的同时保持铜基体良好的导电性，并且材料中的第二相能够阻碍回复和再结晶，使材料有非常优越的高温性能。正是这些无可比拟的优点，让Y₂O₃强化铜备受青睐。

Y₂O₃强化铜制备的关键是如何向铜基体中引入弥散分布的Y₂O₃颗粒。目前应用较多的是内氧化法，但内氧化法工艺过程中反应所需的氧含量难以控制，且生产成本昂贵。其它如机械混合法、共沉积法和硝酸盐熔化法制备的Y₂O₃强化铜其Y₂O₃颗粒一般比较粗大(＞2μm)，从而直接影响其优越性。此外，现有技术中通常都采用铜粉作为制备原料，其生产成本较高，容易造成浪费。印制电路板(PCB)加工的典型工艺采用"图形电镀法"。即先在板子外层需保留的铜箔部分上（是电路的图形部分）预镀一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉,称为蚀刻。蚀刻废液通常有碱性氯化铜蚀刻废液和酸性氯化铜蚀刻废液：碱性氯化铜蚀刻废液主要含有氯化铜和NaOH；酸性氯化铜蚀刻废液主要含有氯化铜氨络合物和氯化铵。将酸性、碱性蚀刻废液共同用于制备Y₂O₃强化铜还未见报道。 

 

发明内容

本发明在于提供一种改进的Y₂O₃强化铜的制备方法，通过该方法得到的Y₂O₃强化铜中Y₂O₃粒子极其细小、分布均匀，整体性能良好。

本发明采用了如下技术方案，一种以酸碱性铜蚀刻废液制备Y₂O₃强化铜的方法，其特征在于：包括如下步骤

1）分别准备酸性和碱性铜蚀刻液，过滤杂质，测量铜含量；

2）按照Y₂O₃在强化铜中所占质量分数为1.1-1.5%的比例，配置YCl₃溶液；

3）将步骤1）得到的酸性蚀刻废液、碱性铜蚀刻液、步骤2）得到的YCl₃溶液同时流加进入到转速为500-700 r/min的共沉淀反应釜中，控制溶液流量，并控制混合溶液PH值，反应一段时间后得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物；

4）将步骤3）得到的Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物将该混合物放入球磨机中进行湿粉球磨2 h～3 h，在室温下干燥2 h，然后置于煅烧炉中，煅烧温度为450-550℃，煅烧时间为2 h，得到CuO/Y₂O₃复合粉末；

5）将CuO/Y₂O₃复合粉末在氢气保护气氛中进行还原，还原温度为420-450 ℃，还原时间为2 h，得到Y₂O₃强化铜粉末； 

6）将上述强化铜粉末冷锻压成型，压制压力为350-450 MPa，保压时间为10 s；

7）采用氢气保护气氛烧结，烧结温度为850-900 ℃，保温时间为1.5-2 h。

本发明通过大量实验选择了优选参数和工艺，采用了PCB加工中的含铜蚀刻废液作为原料，同时采用共沉淀工艺，得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物，再经煅烧、选择性还原工艺，形成Y₂O₃强化铜粉末，将粉末进行模压成型，得到Y₂O₃强化铜产品。

本发明的有益效果在于，由于原料为含铜蚀刻废液，容易获得并且成本低廉，生产工艺简单，得到的产品的弥散相粒子细小、大小均匀和分布状态最佳。 

 

具体实施方案

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。

实施例1

1）分别准备酸性和碱性铜蚀刻液，过滤杂质，测量铜含量；

2）按照Y₂O₃在强化铜中所占质量分数为1.1%的比例，配置YCl₃溶液；

3）将步骤1）得到的酸性蚀刻废液、碱性铜蚀刻液、步骤2）得到的YCl₃溶液同时流加进入到转速为500 r/min的共沉淀反应釜中，控制溶液流量，并控制混合溶液PH值，反应一段时间后得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物；

4）将步骤3）得到的Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物将该混合物放入球磨机中进行湿粉球磨2 h，在室温下干燥2 h，然后置于煅烧炉中，煅烧温度为450℃，煅烧时间为2 h，得到CuO/Y₂O₃复合粉末；

5）将CuO/Y₂O₃复合粉末在氢气保护气氛中进行还原，还原温度为420℃，还原时间为2 h，得到Y₂O₃强化铜粉末； 

6）将上述强化铜粉末冷锻压成型，压制压力为350 MPa，保压时间为10 s；

7）采用氢气保护气氛烧结，烧结温度为850 ℃，保温时间为1.5 h。

 

实施例2

1）分别准备酸性和碱性铜蚀刻液，过滤杂质，测量铜含量；

2）按照Y₂O₃在强化铜中所占质量分数为1.3%的比例，配置YCl₃溶液；

3）将步骤1）得到的酸性蚀刻废液、碱性铜蚀刻液、步骤2）得到的YCl₃溶液同时流加进入到转速为600 r/min的共沉淀反应釜中，控制溶液流量，并控制混合溶液PH值，反应一段时间后得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物；

4）将步骤3）得到的Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物将该混合物放入球磨机中进行湿粉球磨2 h，在室温下干燥2 h，然后置于煅烧炉中，煅烧温度为500℃，煅烧时间为2 h，得到CuO/Y₂O₃复合粉末；

5）将CuO/Y₂O₃复合粉末在氢气保护气氛中进行还原，还原温度为430 ℃，还原时间为2 h，得到Y₂O₃强化铜粉末； 

6）将上述强化铜粉末冷锻压成型，压制压力为400 MPa，保压时间为10 s；

7）采用氢气保护气氛烧结，烧结温度为860 ℃，保温时间为1.8 h。

 

实施例3

1）分别准备酸性和碱性铜蚀刻液，过滤杂质，测量铜含量；

2）按照Y₂O₃在强化铜中所占质量分数为1.5%的比例，配置YCl₃溶液；

3）将步骤1）得到的酸性蚀刻废液、碱性铜蚀刻液、步骤2）得到的YCl₃溶液同时流加进入到转速为700 r/min的共沉淀反应釜中，控制溶液流量，并控制混合溶液PH值，反应一段时间后得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物；

4）将步骤3）得到的Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物将该混合物放入球磨机中进行湿粉球磨3 h，在室温下干燥2 h，然后置于煅烧炉中，煅烧温度为550℃，煅烧时间为2 h，得到CuO/Y₂O₃复合粉末；

5）将CuO/Y₂O₃复合粉末在氢气保护气氛中进行还原，还原温度为450 ℃，还原时间为2 h，得到Y₂O₃强化铜粉末； 

6）将上述强化铜粉末冷锻压成型，压制压力为450 MPa，保压时间为10 s；

7）采用氢气保护气氛烧结，烧结温度为900 ℃，保温时间为2 h。

Claims (1)

1.一种以酸碱性铜蚀刻废液制备Y₂O₃强化铜的方法，其特征在于：包括如下步骤

1）分别准备酸性和碱性铜蚀刻液，过滤杂质，测量铜含量；

2）按照Y₂O₃在强化铜中所占质量分数为1.1-1.5%的比例，配置YCl₃溶液；

3）将步骤1）得到的酸性蚀刻废液、碱性铜蚀刻液、步骤2）得到的YCl₃溶液同时流加进入到转速为500-700 r/min的共沉淀反应釜中，控制溶液流量，并控制混合溶液PH值，反应一段时间后得到Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物；

4）将步骤3）得到的Cu(OH)₂和Y(OH)₃共混沉淀物将该混合物放入球磨机中进行湿粉球磨2 h～3 h，在室温下干燥2 h，然后置于煅烧炉中，煅烧温度为450-550℃，煅烧时间为2 h，得到CuO/Y₂O₃复合粉末；

5）将CuO/Y₂O₃复合粉末在氢气保护气氛中进行还原，还原温度为420-450 ℃，还原时间为2 h，得到Y₂O₃强化铜粉末； 

6）将上述强化铜粉末冷锻压成型，压制压力为350-450 MPa，保压时间为10 s；

7）采用氢气保护气氛烧结，烧结温度为850-900 ℃，保温时间为1.5-2 h。